Csx28 蛋白與 CRISPR 合作擾亂細(xì)胞膜，使病毒 DNA 難以在細(xì)菌內(nèi)復(fù)制。（VanderWal 等人/Science/2023）

近年來(lái)，首字母縮略詞 CRISPR 已成為編輯 DNA 的同義詞，作為識(shí)別遺傳密碼然后以驚人的精度切割它們的一種手段，在分子遺傳學(xué)家的工具箱中占據(jù)了中心位置。

CRISPR/Cas（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated endonuclease）系統(tǒng)在其最初作為細(xì)菌免疫手段的功能中，尋找入侵病毒的已知基因并使其功能失調(diào)。

美國(guó)羅切斯特大學(xué)和伊薩卡康奈爾大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，著名的基因編輯工具在細(xì)菌中的作用不僅僅是發(fā)現(xiàn) DNA 以進(jìn)行切割；它還與其他蛋白質(zhì)協(xié)調(diào)，以加強(qiáng)對(duì)入侵病毒的防御。

激活稱(chēng)為 Csx28 的漏斗狀蛋白質(zhì)會(huì)擾亂細(xì)菌膜的滲透性，使入侵的病毒 DNA 難以劫持細(xì)胞的機(jī)器并進(jìn)行復(fù)制。

該研究的合作者羅切斯特大學(xué)生物化學(xué)家 Mark Dumont 說(shuō)，這項(xiàng)發(fā)表在科學(xué)雜志上的發(fā)現(xiàn)“出乎意料，并提出了各種新問(wèn)題”。

“雖然沒(méi)有直接的醫(yī)學(xué)相關(guān)性或應(yīng)用，但由此產(chǎn)生的想法可能非常強(qiáng)大，”杜蒙說(shuō)。

該研究涉及一系列實(shí)驗(yàn)，其中大腸桿菌感染了一種病毒，這種病毒會(huì)感染細(xì)菌或噬菌體，稱(chēng)為腸桿菌噬菌體 λ。

這種噬菌體像登月艙一樣附著在細(xì)菌細(xì)胞表面，并將其 DNA 注入細(xì)胞以創(chuàng)建自身的副本。

大腸桿菌進(jìn)行反擊，使用 CRISPR 通過(guò)匹配先前遇到的噬菌體的重復(fù) DNA 片段來(lái)識(shí)別威脅，然后使用一種稱(chēng)為 Cas13b 的酶將入侵的 DNA 剪成碎片。

噬菌體感染細(xì)菌，劫持細(xì)胞機(jī)器來(lái)復(fù)制自身。（Guido4/維基百科）

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng) Csx28 存在于細(xì)菌內(nèi)部時(shí)，病毒復(fù)制緩慢。

這種蛋白質(zhì)只與 Cas13b 結(jié)合使用，這表明兩者相互協(xié)調(diào)以解除病毒的武裝。

當(dāng) Cas13b 和 Csx28 同時(shí)存在時(shí)，釋放傳染性病毒顆粒的受感染細(xì)菌的比例從大約 19% 下降到大約 3%，并且每毫升的噬菌體數(shù)量顯著減少。換句話說(shuō)，該病毒無(wú)法像往常一樣進(jìn)行大量復(fù)制。

當(dāng)同時(shí)存在 Cas13b 和 Csx28 時(shí)（淺紫色線），病毒數(shù)量的增加最慢。PFU 代表斑塊形成單位，是病毒載量的量度。（VanderWal 等人，科學(xué)，2023 年）研究人員使用一種稱(chēng)為低溫電子顯微鏡的技術(shù)檢查了 Csx28 蛋白的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它類(lèi)似于一個(gè)中心有孔的漏斗。

這增加了蛋白質(zhì)形成膜孔并破壞細(xì)胞新陳代謝使其成為病毒不適宜生存環(huán)境的可能性。

研究人員使用一種技術(shù)驗(yàn)證了這一假設(shè)，該技術(shù)使細(xì)胞在失去膜電位后發(fā)出熒光，這是一種由細(xì)胞內(nèi)外離子濃度差異引起的小電荷。

他們發(fā)現(xiàn)這兩種蛋白質(zhì)一起導(dǎo)致細(xì)胞膜去極化，送出大量帶電原子，從根本上改變了細(xì)胞的內(nèi)部環(huán)境。90 分鐘后，40% 的細(xì)菌群以這種方式去極化。

“當(dāng)你閱讀這篇論文時(shí)，你會(huì)想自己……’什么？’這是一種非常奇怪的機(jī)制，”羅徹斯特大學(xué)分子生物學(xué)家 John Lueck 說(shuō)，他沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。

“令人印象深刻的是，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了這種與我們之前見(jiàn)過(guò)的任何其他東西都不相似的孔狀蛋白質(zhì)，”他說(shuō)?！斑@很令人興奮，因?yàn)樵诳茖W(xué)中，當(dāng)你觸及表面時(shí)，你常常會(huì)發(fā)現(xiàn)它背后有一個(gè)全新的世界?！?/p>

這篇論文發(fā)表在科學(xué)雜志上。